《超声加工》PPT课件

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1、UltrasonicMachining,USM超声加工。应用范围：1、加工硬脆金属材料：硬质合金、淬火钢等；2、加工不导电的硬脆非金属材料：玻璃、陶瓷、半导体锗、硅片等；3、可用于清洗、焊接、探伤。第七章超声加工1第一节超声波加工的基本原理和特点一、超声波及其特性1、当频率超过16KHz时，超声波。2、超声波的特性1）能传递很强的能量，声压；2）超声波经过液体介质传播时，产生正、负交变的液压冲击和空化现象，引起固体物质分散、破碎等效应3）空气的可压缩性，阻碍了超声波的传播。波阻抗ρc，介质的波阻抗相差越大，超声波通过界面时

2、能量的反射率越高。当超声波从液体或固体传入空气，或者相反从空气传入液体或固体时，反射率接近100%。4）有共振、干涉现象：弹性杆成半波长的整数倍，波节处不振动。波腹、波节的概念。2二、超声加工的基本原理1、超声振动下的机械冲击；工具放大后的振幅0.05~0.10mm，使工作液中悬浮的磨料以很大的速度和加速度冲击工件。2、超声空化作用，强化了加工过程；进入工件的微裂纹处，加剧了机械破坏作用。空化作用：当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液内形成很多微空腔；当工具端面以很大的加速度接近工

3、件表面时，空泡闭合，引起极强的液压冲击。3、抛磨作用3超声加工，是以上三个作用综合作用的结果。加工材料的特点：材料越脆，加工越容易；韧性材料难以加工。启发：用韧性材料作工具电极。45三、超声波加工特点及应用1.适于加工各种硬脆材料，特别是非金属材料，如陶瓷、玻璃及各种半导体材料。2.宏观切削力小，不易引起变形和烧伤，适于加工薄壁、窄缝、低刚度零件。3.加工精度高，表面质量好。4.加工机床及工具均较简单。5.生产率比电火花、电解加工等低。应用：主要用于对硬脆材料加工圆孔、型孔、套料微细孔，对电火花加工后的各种模具进行抛磨光整

4、加工等。6超声波加工装置一般包括：1.超声发生器2.超声换能器3.变幅杆（振幅扩大棒）4.工具头5.磨料悬浮液循环系统一、超声发生器：将工频电流转化为有一定功率输出的超声频电震荡，提供加工能量。图7-3（P154）:超声发生器的组成方框图第二节超声加工设备及其组成7二、声学部件组成：换能器、变幅杆、工具。两种换能器：（一）压电效应超声换能器石英晶体，变形小，3000V下变形0.01微米；钛酸钡晶体，变性大，是石英晶体20~30倍。图7-5压电陶瓷换能器结构图。（二）磁致伸缩效应换能器棒料长度长度，随磁场强度变化。8（三）变

5、幅杆（振幅放大杆）将0.005~0.01mm的振幅，放大为0.01~0.1mm的振幅。变幅杆的基本原理：1、每一截面的振动能量不变；2、截面小的地方，振动能量大；3、能量密度正比于振幅。最大加速度可达16000g，形成的冲击力很大。9（四）工具1、工具电极的形状和尺寸，决定于被加工零件表面，它们相差一个“加工间隙”；２、“加工间隙”的大小，等于平均的磨粒直径；３、声学头地联结部分应紧密接触，螺纹连接处涂凡士林油，决不可存在空气；４、选择波节处，固定支撑在机床上。10三、机床超声加工机床的组成1、基架：支撑声学部件；2、工作

6、台；3、进给机构：使工具以一定的压力作用在工件上。基本结构，见图7-11(P158)1112四、磨料工作液及其循环系统磨料：常用碳化硼、碳化硅、氧化铝等；粒度的大小与加工精度及加工效率有关；注意加工间隙中磨料的更换和补充。作业：7-17-213第三节超声加工速度、精度、表面质量及其影响因素一、加工速度及其影响因素加工速度单位：g/min，mm3/min1、工具的振幅和频率的影响振幅过大、频率过高，使变幅杆承受很大的内应力，超过其疲劳强度，降低其寿命；在联结处损耗也大。一般：振幅0.01~0.10mm，频率16000~250

7、00Hz之间。142、进给压力的影响进给压力过小，使加工间隙大；进给压力过大，使加工间隙减小，磨料和工作液循环不畅，影响加工效率。面积小时，压力大，5~13mm2时，最佳静压力400KPa；面积大时，压力小,20mm2以上时，最佳静压力200~300KPa。3、磨料的种类和粒度的影响硬度越高，加工速度越快；粒度越粗，加工速度越快。4、磨料悬浮液浓度的影响：浓度低，加工速度低。5、被加工材料的影响：被加工材料越脆，越易加工。15二、加工精度及其影响因素1、机床及其夹具的影响；2、磨料粒度；3、工具精度及其磨损情况；影响孔的锥

8、度，工具或工件旋转，可提高孔的精度。4、工具横向振动大小；影响孔的椭圆度5、加工深度；6、被加工材料性质16三、表面质量及其影响因素超声加工不会产生表面烧伤和表面变质层。影响表面质量的因素：磨粒的直径、被加工材料、超声振动的振幅、悬浮工作液。煤油或润滑油加工精度较高。17第四节超声加工的应用一、型孔、型